[发明专利]一种用于卡合装配的视觉引导系统及方法

权利要求书

1.一种用于卡合装配的视觉引导系统，其特征是：包括：视觉系统、控制器和机器人系统，其中：

所述视觉系统被配置为获取待装配工件的图像，并进行处理得到合适的视觉反馈信息，根据视觉反馈信息，由所述控制器得到控制输入，机器人系统接收输入指令执行相应的装配操作；

所述视觉系统的工控机被配置为采用中值滤波法对工件图像进行平滑，增强图像对比度，选择合理的阈值，将图像内的所有像素点与阈值比较，进行图像二值化，进行特征提取与匹配，进行位姿解算和坐标系转换；

在装配前把模板图像的特征提取出来，在装配中直接进行特征匹配；

特征匹配的过程中，采用基于灰度相关的模板匹配算法，相似性度量准则采用SSD算法，找出最小的SSD值处即为目标所在位置；

位姿解算的过程中，利用模板匹配的归一化互相关系数NCC:

T(m,n)和S(i+m,j+n)分别是模板图像和待搜索图像在(m,n)坐标处和(i+m,j+n)坐标处的灰度值，NCC系数大小表示在(i,j)位置处模板与待搜索图像的匹配程度,NCC极大值处的模板位姿，即为目标的位置坐标和旋转角度，为后续机器人的卡合装配提供可靠信息。

2.如权利要求1所述的一种用于卡合装配的视觉引导系统，其特征是：所述视觉系统包括工控机、图像采集模块和工作台，所述图像采集模块设置于工作台的上端，正对所述工作台，所述工控机连接所述图像采集模块，并接收拍摄的工作台上方的工件图像，进行目标位姿解算和坐标系转换。

3.一种用于卡合装配的视觉引导方法，其特征是：获取待装配工件的图像，并进行处理得到视觉反馈信息，根据视觉反馈信息，得到控制输入，根据所述控制输入指令控制机器人机械臂或机械手动作，执行相应的装配动作；

所述视觉反馈信息的得到过程包括：采用中值滤波法对工件图像进行平滑，增强图像对比度，选择合理的阈值，将图像内的所有像素点与阈值比较，进行图像二值化，进行特征提取与匹配，进行位姿解算和坐标系转换；

在装配前把模板图像的特征提取出来，在装配中直接进行特征匹配；

进行特征匹配的过程中，采用基于灰度相关的模板匹配算法，相似性度量准则采用SSD算法，找出最小的SSD值处即为目标所在位置；

进行位姿解算，利用模板匹配的归一化互相关系数NCC：

T(m,n)和S(i+m,j+n)分别是模板图像和待搜索图像在(m,n)坐标处和(i+m,j+n)坐标处的灰度值，NCC系数大小表示在(i,j)位置处模板与待搜索图像的匹配程度,NCC极大值处的模板位姿，即为目标的位置坐标和旋转角度，为后续机器人的卡合装配提供可靠信息。

4.如权利要求3所述的一种用于卡合装配的视觉引导方法，其特征是：对工件图像对比度增强的过程为，对所有滤波后的输入图像进行对比度增强的函数的操作，得到对比度增强后的输出图像。

5.如权利要求3所述的一种用于卡合装配的视觉引导方法，其特征是：采用全局阈值分割法进行图像分割，其包括两个阶段：首先需要选择合理的阈值，然后将图像内的所有像素点与阈值比较，将大于阈值的像素点归类于第一区域，小于或者等于阈值的像素点的灰度归类于第二区域。

6.如权利要求3所述的一种用于卡合装配的视觉引导方法，其特征是：进行特征提取的过程中，采用差分法提取模板图像，拍摄一幅前景图像和一幅背景图像，将两幅图像相减得到包含待装工件的模板图像。

7.如权利要求3所述的一种用于卡合装配的视觉引导方法，其特征是：坐标系转换的具体过程包括：根据小孔成像原理，得到物点P在世界坐标系内的坐标与其像点的在像素坐标系内坐标的关系，依据转换关系进行坐标转换。